集成电路基本工艺.ppt

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广州集成电路设计中心
殷瑞祥 教授
202X
集成电路设计基础
第三章 集成电路制造工艺
第3章 IC制造工艺
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外延生长
掩膜制作
光刻原理与流程
氧化
淀积与刻蚀
掺杂原理与工艺
关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂PDK，挖掘工艺潜力。
外延生长的目的
外延生长(Epitaxy)
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STEP5
STEP4
STEP3
STEP2
STEP1
半导体工艺流程中的基片是抛光过的晶圆基片,直径在50到300mm(2-12英寸)之间,厚度约几百微米.
外延的目的
用同质材料形成具有不同的掺杂种类及浓度,因而具有不同性能的晶体层.
外延也是制作不同材料系统的技术之一. 外延生长后的衬底适合于制作有各种要求的器件与IC,且可进行进一步处理.
不同的外延工艺可制出不同的材料系统.
(LPE: Liquid Phase Epitaxy)
LPE：在晶体衬底上用金属性溶液形成一个薄层。在加热过的饱和溶液里放上晶体,再把溶液降温,外延层便可形成在晶体表面。原因在于溶解度随温度变化而变化。
.尽管大部分AlGaAs/GaAs和InGaAsP/InP器件可用LPE来制作, 目前, LPE逐渐被VPE, MOVPE（金属有机物）, MBE(分子束）法代替.
(VPE: Vapor Phase Epitaxy)
VPE是指所有在气体环境下在晶体表面进行外延生长的技术的总称。在不同的VPE技术里，卤素(Halogen)传递生长法在制作各种材料的沉淀薄层中得到大量应用。任何把至少一种外延层生成元素以卤化物形式在衬底表面发生卤素析出反应从而形成外延层的过程都可归入卤素传递法，它在半导体工业中有尤其重要的地位（卤化反应）。用这种方法外延生长的基片，可制作出很多种器件，如GaAs，GaAsP，LED管，GaAs微波二极管，大部分的Si双极型管，LSI及一些MOS逻辑电路等。
Si基片的卤素生长外延
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在一个反应炉内的SiCl4/H2系统中实现：在水平的外延生长炉中，Si基片放在石英管中的石墨板上，SiCl4，H2及气态杂质原子通过反应管。在外延过程中，石墨板被石英管周围的射频线圈加热到1500-2000度，在高温作用下，发生SiCl4+2H2Si+4HCl 的反应，释放出的Si原子在基片表面形成单晶硅，~1 m/min.
（MOVPE: Metalorganic Vapor Phase Epitaxy）
III-V材料的MOVPE中，所需要生长的III，V族元素的源材料以气体混和物的形式进入反应炉中已加热的生长区里，在那里进行热分解与沉淀反应。
MOVPE与其它VPE不同之处在于它是一种冷壁工艺，只要将衬底控制到一定温度就行了。
(MBE: Molecular Beam Epitaxy)
MBE在超真空中进行，基本工艺流程包含产生轰击衬底上生长区的III，V族元素的分子束等。MBE几乎可以在GaAs基片上生长无限多的外延层。这种技术可以控制GaAs，AlGaAs或InGaAs上的生长过程，还可以控制掺杂的深度和精度达到纳米极。经过MBE法，衬底在垂直方向上的结构变化具有特殊的物理属性。
MBE的不足之处在于产量低。
实物
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英国VG Semicom公司型号为V80S-Si的MBE设备关键部分照片
第3章 IC制造工艺
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外延生长
掩膜制作
光刻原理与流程
氧化
淀积与刻蚀
掺杂原理与工艺
关心每一步工艺对器件性能的影响，读懂PDK，挖掘工艺潜力。
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